钚(（化学元素）)

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钚（Pu）是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。投于长崎市的原子弹，使用了钚制作内核部分。其也是放射性同位素热电机的热量来源。钚于1940年12月首次在美国加州大学伯克利分校及劳伦斯伯克利国家实验室被合成[1-3]。参与合成者包括诺贝尔奖得主西博格（伯克利校长）[1][4]和诺贝尔奖得主埃德温·麦克米伦等人[1][5]。词条介绍了钚的发现历史、元素信息、物理化学性质、应用以及毒性分析等。

2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，钚在一类致癌物清单中。[6]

中文名

钚

外文名

Plutonium

原子量

[239](半衰期)

元素符号

元素类型

放射性金属元素

原子序数

发现人

西博格

危害

放射性

发现时间

1934年

领域

核能、能源

学科

核化学

1934年，恩里科·费米和罗马大学的研究团队发布消息表示他们发现了元素94。[7]1783年胡塞·德卢亚尔和浮士图·德卢亚尔兄弟发现从黑钨矿可以获得同样的酸。费米将元素取名 “hesperium”，并曾在他1938年的诺贝尔奖演说中提及。然而钚，他们的研究成果其实是钡、氪等许多其他元素的混合物。但由于当时核分裂尚未发现，这个误会便一直延续。[8]

格伦·西奥多·西博格[2]

1940年美国G.T.西博格、E.M.埃德温·麦克米伦、[1][5]J.W.肯尼迪和A.C.沃尔用152.4cm回旋加速器加速的16兆电子伏氘核轰击铀时发现钚-238。[10]第二年又发现钚的最重要的同位素钚-239。

1941年，经找到周期表中最后一个可能存在的元素，而考虑过“ultimium”或“extremium”等名称。[11-12]

钚（Plutonium

金属钚

），原子序数为94，元素符号是Pu，是一种具放射性的超铀元素。半衰期为24万5千年。它属于锕系金属，外表呈银白色，接触空气后容易锈蚀、氧化，在表面生成无光泽的二氧化钚。

钚有六种同位素和四种氧化态，易和碳、卤素、氮、硅起化学反应。钚暴露在潮湿的空气中时会产生氧化物和氢化物，其体积最大可膨胀70%，屑状的钚能自燃。它也是一种放射性毒物，会于骨髓中富集。因此，操作、处理钚元素具有一定的危险性。

钚和多数金属一样具银灰色外表，又与镍特别相似，但它在氧化后会迅速转为暗灰色（有时呈黄色或橄榄绿）。[13][14]钚在室温下以α型存在，是元素最普遍的结构型态（同素异形体），质地如铸铁般坚而质脆，但与其他金属制成合金后又变得柔软而富延展性。钚和多数金属不同，它不是热和电的良好导体。它的熔点很低（640 °C），而沸点异常的高（3235°C）。[13]

钚在室温时的电阻率比一般金属高很多，而且钚和多数金属相反，其电阻率随温度降低而提高。但研究指出，当温度降至100K以下时，钚的电阻率会急剧降低。电阻率由于辐射损伤，会在20K之后逐渐提高，速率因同位素结构而异。

钚具有自发辐射性质，使得晶体结构产生疲劳，即原有秩序的原子排列因为辐射而随时间产生紊乱。[14]然而，当温度上升超过100K时，自发辐射也能导致退火，削弱疲劳现象。[15]

钚和多数金属不同：它的密度在熔化时变大（约2.5%），但液态金属的密度又随温度呈线性下降。另外，接近熔点时，钚的液态金属具有很高的黏性和表面张力（相较于其他金属）。[14]

钚最普遍释放的游离辐射类型是α粒子发射（即释放出高能的氦原子核）。[17]最典型的一种核武器核心即是以5公斤（约12.5×10^24个）钚原子构成。由于钚的半衰期为24100年，故其每秒约有11.5×10^12个钚原子产生衰变，发射出5.157MeV的α粒子，相当于9.68瓦特能量。α粒子的减速会释放出热能，使触摸时感觉温暖。[18]

钚金属

钚及其同位素因为其放射性而有一定危险性。钚产生的α射线并不会穿透人体的皮肤而进入人体，但钚可能被人体吸入或消化而进入人体从而对内脏造成不利影响。α射线会造成细胞的损伤、染色体的损伤，理论上可能导致癌症发病率的上升。但是这种影响并不会比其它能放出α射线的放射性物质危害更大。相比之下，钚的半衰期很长，使得单位时间里的辐射量相对要小，危害也就更小。在自然界广泛存在的氡的放射危害就要比钚大的多。钚容易在人体的肝脏和骨骼中聚集，但该过程非常缓慢。

在20世纪四十年代，美国就有26名工作人员因核武器研究，受到了钚的污染。但是在他们身上并没有出现严重的健康影响，更没有人因此而死亡。

在一般情况下，钚有六种同素异形体，并在高温、限定压力范围下有第七种（zeta， ζ）存在。[19]这些同素异形体的内能相近，但拥有截然不同的密度和晶体结构。因此钚对温度、压力以及化学性质的变化十分敏感，各同素异形体的体积并随相变而具有极大差异性。[14]密度因同素异形体而异，范围自16.00 g/cm^3到19.86 g/cm^3不等。[20]

诸多同素异形体的存在，造成钚的状态易变，使钚元素的制造变得非常困难。例如，α型存在于室温的纯钚中。它和铸铁有许多相似加工后性质，但只要稍微提高温度，便会转成具有可塑性和可锻造性的β型。[21]造成钚复杂相图的背后因素迄今仍未被完整解惑。α型属于低对称性的单斜结构，因此促成它的易碎性、强度、压缩性及低传导性。[19]

钚是一种具放射性的锕系金属。它的5f电子是离域和定域之间的

电解法精炼的武器级钚元素环状物

过渡界线。钚因此常被认为是最复杂的元素之一。[21]它的同位素钚-239是三个最重要的易裂变同位素之一（另外二者为铀-233和铀-235）；钚-241也具有高度易裂变性。所谓的具“易裂变性”（fissile），是指同位素的原子核受到慢中子撞击后，能够产生核分裂，并另释放出足以支持核连锁反应、进一步促使原子核分裂的中子。

环状金属钚重5.3公斤，直径约11厘米，足够制作一枚核弹。它的形状有助于维系临界安全。

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